T 변압기(특성)***

변압기 효율과 부하율의 관계

변압기 효율이란 투입된 전력에 대한 유효 출력 전력의 비율을 의미합니다. 즉, 변압기가 얼마나 효율적으로 전력을 변환하는지를 나타내는 지표입니다.

• 부하율이 낮을 때: 변압기의 동손은 부하 전류의 제곱에 비례하므로, 부하율이 낮으면 동손에 비해 철손이 상대적으로 커져 효율이 낮아집니다.
• 부하율이 높을 때: 동손이 증가하여 효율이 감소하지만, 철손은 일정하므로 부하율이 낮을 때보다는 효율이 높습니다.
• 최고 효율점: 변압기의 동손과 철손이 같아지는 지점에서 효율이 최대가 됩니다.

• 부하율은 변압기 용량 대비 실제 사용하는 용량의 비율을 의미합니다.
• 일반적으로 변압기는 부하율이 높을수록 효율이 높아지는 경향이 있습니다.
• 왜냐하면, 변압기 손실은 크게 철손(무부하손)과 동손(부하손)으로 나뉘는데, 철손은 부하와 관계없이 일정하지만, 동손은 부하 전류의 제곱에 비례하기 때문입니다. 따라서 부하가 증가하면 상대적으로 동손이 차지하는 비중이 커져 전체 효율이 높아집니다.

하지만, 부하율이 너무 높으면 과부하로 인해 변압기 수명이 단축되거나 고장 발생의 위험이 증가하므로, 적정 부하율을 유지하는 것이 중요합니다. 일반적으로 변압기는 80% 부하율에서 최대 효율을 나타내는 경우가 많습니다.

유입변압기와 몰드변압기의 특성 비교

유입변압기는 절연유를 절연 매체로 사용하는 전통적인 변압기입니다. 방열 성능이 우수하고 소음이 적지만, 크기가 크고 무거우며, 화재 위험이 있습니다.

• 절연: 절연유를 사용하여 권선과 철심을 절연하고 냉각시킵니다.
• 특징:
  • 대용량 변압기에 적합합니다.
  • 냉각 성능이 우수하여 과부하 내량이 높습니다.
  • 절연유 관리가 필요하며, 누유 가능성이 있습니다.
  • 소음이 적고 진동이 적습니다.
• 장점:
  • 대용량, 고전압 변압기에 적합
  • 과부하 내량이 높음
  • 긴 수명
• 단점:
  • 절연유 관리 필요
  • 누유 가능성
  • 설치 공간이 넓음
  • 화재 위험 (절연유 인화성)

몰드변압기는 에폭시 수지를 절연 매체로 사용하는 변압기입니다. 크기가 작고 가볍고, 습기나 먼지에 강하며, 화재 위험이 적지만, 방열 성능이 상대적으로 낮고 소음이 클 수 있습니다.

• 절연: 에폭시 수지 등의 몰딩 재료로 권선과 철심을 고정하고 절연시킵니다.
• 특징:
  • 소형 경량이며, 설치가 용이합니다.
  • 내열성, 내습성이 우수합니다.
  • 소음이 크고, 진동이 발생할 수 있습니다.
• 장점:
  • 소형 경량
  • 내열성, 내습성 우수
  • 설치 공간 절약
• 단점:
  • 과부하 내량이 상대적으로 낮음
  • 수리 및 보수가 어려움
  • 고온 환경에서 성능 저하 가능성..

변압기 선정 시 고려 사항

• 부하 용량: 예상되는 부하 용량에 맞는 적절한 용량의 변압기를 선택해야 합니다.
• 전압: 1차측 및 2차측 전압을 정확히 확인하고, 변압기의 정격 전압과 일치하는 제품을 선택해야 합니다.
• 주파수: 사용하는 전원의 주파수에 맞는 변압기를 선택해야 합니다.
• 냉각 방식: 설치 환경에 따라 공냉식, 유냉식 등 적절한 냉각 방식을 선택해야 합니다.
• 설치 환경: 주변 온도, 습도, 진동 등 설치 환경을 고려하여 변압기를 선택해야 합니다.
• 효율: 에너지 효율이 높은 변압기를 선택하면 운전 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전: 안전 규정에 맞는 변압기를 선택하고, 안전하게 설치해야 합니다.

가격: 예산 범위 내에서 최적의 성능을 가진 변압기를 선택해야 합니다.

부하 용량: 부하 용량에 맞는 적절한 용량의 변압기를 선택해야 합니다.

설치 환경: 설치 공간, 온도, 습도 등 설치 환경에 적합한 변압기를 선택해야 합니다.

운전 조건: 변압기의 운전 조건(부하 변동, 과부하 등)을 고려하여 여유 용량을 확보해야 합니다.

수명: 변압기의 수명을 고려하여 내구성이 높은 변압기를 선택해야 합니다.

안전성: 화재, 폭발 등의 위험을 최소화하기 위해 안전성이 높은 변압기를 선택해야 합니다.

변압기 냉각 방식: ANSI 규격과 IEC 76 규격에 따른 분류

ANSI (American National Standards Institute) 규격과 IEC (International Electrotechnical Commission) 76 규격은 변압기 냉각 방식을 표기하는 국제적인 표준으로, 각각 다른 방식으로 냉각 방식을 분류합니다.

냉각방식별 IEC/ANSI 표시

ANSI 규격에 따른 냉각 방식 표기

ANSI 규격에서는 변압기의 냉각 방식을 두 글자로 표기합니다. 각 글자는 다음과 같은 의미를 가지며, 내부 냉각 매체, 내부 냉각 매체 순환 방식, 외부 냉각 매체, 외부 냉각 매체 순환 방식을 나타냅니다.

예시:

• OA: 절연유를 사용하며 자연 순환 방식으로 냉각되는 변압기
• FOA: 불활성 가스를 사용하며 자연 순환 방식으로 냉각되는 변압기
• OFAF: 절연유를 사용하며 강제 순환 방식으로 냉각하고, 외부에서 공기를 강제 순환시켜 냉각하는 변압기

IEC 76 규격에 따른 냉각 방식 표기

IEC 76 규격에서는 ANSI 규격과 유사하게 냉각 방식을 표기하며, 주로 유럽 지역에서 사용됩니다. 다만, 세부적인 표기 방식에서 약간의 차이가 있을 수 있습니다.

주요 냉각 방식

• 유입 자냉식 (ONAN): 절연유를 사용하며 자연 순환 방식으로 냉각하는 가장 일반적인 방식입니다. 변압기 내부의 열이 절연유에 의해 흡수되어 변압기 탱크 외부로 방열됩니다.
• 유입 풍냉식 (OFAF): 절연유를 사용하며 강제 순환 방식으로 냉각하고, 외부에서 공기를 강제 순환시켜 냉각하는 방식입니다. 자냉식에 비해 냉각 효율이 높아 대용량 변압기에 주로 사용됩니다.
• 건식 자냉식 (AN): 절연유 없이 공기를 이용하여 냉각하는 방식입니다. 소형 변압기나 특수 환경에서 사용됩니다.
• 건식 풍냉식 (AF): 공기를 강제 순환시켜 냉각하는 방식으로, 건식 자냉식보다 냉각 효율이 높습니다.

냉각 방식 선택 시 고려 사항

유지보수: 절연유를 사용하는 방식은 정기적인 유지보수가 필요합니다.

변압기 용량: 대용량 변압기일수록 냉각 효율이 높은 방식을 선택해야 합니다.

설치 환경: 주변 온도, 습도, 공기 흐름 등 설치 환경에 따라 적절한 냉각 방식을 선택해야 합니다.

소음: 풍냉식은 소음이 발생할 수 있으므로, 소음에 민감한 지역에서는 자냉식을 고려해야 합니다.

변압기 임피던스 전압의 영향

1. 전압 변동률

• 임피던스가 높을수록: 부하 변동에 따른 전압 변동이 커집니다. 즉, 부하가 증가하면 전압 강하가 크게 발생하여 수용가에 공급되는 전압이 낮아질 수 있습니다.
• 임피던스가 낮을수록: 부하 변동에 따른 전압 변동이 작아져 전압 안정도가 향상됩니다.

2. 단락 전류

• 임피던스가 높을수록: 단락 발생 시 단락 전류가 작아집니다. 따라서 변압기 및 보호 계전기의 부담이 줄어들어 보호 기능이 향상됩니다.
• 임피던스가 낮을수록: 단락 발생 시 단락 전류가 커져 변압기 및 보호 계전기에 큰 부담을 줄 수 있습니다.

3. 병렬 운전

• 임피던스가 비슷할수록: 여러 대의 변압기를 병렬 운전할 때 부하 분담이 균일해지고, 안정적인 운전이 가능합니다.
• 임피던스가 다를 경우: 부하 분담이 불균일해져 변압기의 과부하나 과소 부하가 발생할 수 있습니다.

4. 돌입 전류

• 임피던스가 높을수록: 변압기 투입 시 발생하는 돌입 전류가 작아져 계통에 미치는 영향이 적습니다.
• 임피던스가 낮을수록: 돌입 전류가 커져 계통 안정도에 악영향을 미칠 수 있습니다.

5. 전력 손실

• 임피던스가 높을수록: 동손이 증가하여 전력 손실이 커집니다.
• 임피던스가 낮을수록: 동손이 감소하여 전력 손실이 줄어듭니다.

결론적으로, 변압기 임피던스는 전압 안정도, 단락 전류, 병렬 운전, 돌입 전류, 전력 손실 등 다양한 측면에 영향을 미칩니다. 따라서 변압기를 설계하거나 선정할 때는 시스템의 요구 조건에 맞춰 적절한 임피던스를 선택하는 것이 중요합니다.

예를 들어,

• 전압 안정도가 중요한 경우: 임피던스가 낮은 변압기를 선택합니다.
• 단락 전류를 제한해야 하는 경우: 임피던스가 높은 변압기를 선택합니다.
• 병렬 운전을 해야 하는 경우: 임피던스가 비슷한 변압기를 선택합니다.

주의할 점:

임피던스가 너무 낮으면 단락 전류가 커져 변압기가 손상될 수 있습니다.

임피던스가 너무 높으면 전압 변동이 커지고, 효율이 낮아질 수 있습니다.

변압기 임피던스 전압(%Z)이란?

• 임피던스 전압은 변압기 2차측을 단락하여 1차측에 정격전류가 흐르도록 인가하는 전압으로 변압기 자체 임피던스를 알고자 할때 사용
• %임피던스 전압은 정상 전압과 임피던스 전압강하분의 배분율 비

병렬 운전 시 부하 분담

여러 개의 변압기를 병렬로 연결하여 운전하면 시스템의 용량을 증가시키고, 한 변압기에 과도한 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있습니다. 하지만 병렬 운전 시에는 다음과 같은 조건을 만족해야 부하가 균등하게 분담됩니다.

• 1차 및 2차 전압이 같아야 한다: 각 변압기의 1차 및 2차 전압이 서로 같아야 순환 전류가 흐르지 않고 부하가 균등하게 분담됩니다.
• %Z가 비슷해야 한다: %Z가 서로 다른 변압기를 병렬 운전하면 부하 분담이 불균형하게 되어 과부하가 발생할 수 있습니다. 일반적으로 %Z의 차이는 10% 이내로 유지하는 것이 좋습니다.
• 극성이 같아야 한다: 변압기의 극성이 반대이면 순환 전류가 흘러 변압기가 손상될 수 있습니다.

임피던스 전압이 서로 다른 변압기를 병렬 운전할 때 부하 제한

%Z가 서로 다른 변압기를 병렬 운전할 경우, 부하 분담이 불균형하게 되어 과부하가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

• 부하 용량 제한: %Z가 큰 변압기에 부하를 적게 걸어주어 부하 분담을 조절합니다.
• 임피던스 보정: 외부 임피던스를 추가하여 변압기의 %Z를 조절하는 방법입니다.
• 병렬 운전 금지: %Z 차이가 너무 큰 경우에는 병렬 운전을 하지 않는 것이 좋습니다.

왜 %Z가 중요할까요?

병렬 운전: %Z가 비슷해야 병렬 운전 시 부하가 균등하게 분담됩니다.

단락 전류 제한: %Z가 크면 단락 전류가 작아져 변압기와 보호 계전기의 부담을 줄일 수 있습니다.

전압 변동률: %Z가 작으면 부하 변동에 따른 전압 변동이 커져 전력 품질이 저하될 수 있습니다.

PCM 반송전류 차동계전방식이란?

PCM(Pulse Code Modulation) 반송전류 차동계전방식은 변전소의 보호 계전 방식 중 하나로, 디지털 통신 기술을 이용하여 변압기의 고장을 빠르고 정확하게 감시하고 보호하는 시스템입니다. 이 방식은 변압기의 양단에 설치된 CT(Current Transformer)에서 측정된 전류 값을 디지털 신호로 변환하여 통신망을 통해 주 보호 계전기로 전송하고, 주 보호 계전기에서 두 개의 신호를 비교하여 차이가 발생하면 고장으로 판단하고 보호 동작을 수행하는 방식입니다.

구성 원리

1. CT 설치: 변압기의 1차측과 2차측에 각각 CT를 설치하여 전류를 측정합니다.
2. 디지털 변환: CT에서 측정된 아날로그 전류 신호를 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환합니다.
3. PCM 부호화: 디지털 신호를 PCM 부호화하여 통신망을 통해 전송할 수 있도록 변환합니다.
4. 통신망: PCM 부호화된 신호를 주 보호 계전기로 전송하기 위한 통신망(광케이블, 동축 케이블 등)을 구축합니다.
5. 주 보호 계전기: 주 보호 계전기는 두 개의 CT에서 전송되어 온 디지털 신호를 비교하여 차이가 발생하면 고장으로 판단하고, 설정된 동작 시간 내에 차단기를 트립시켜 고장 구간을 분리합니다.

장점

• 고속 동작: 디지털 통신을 이용하기 때문에 아날로그 방식에 비해 훨씬 빠른 속도로 고장을 감지하고 보호 동작을 수행할 수 있습니다.
• 고정밀도: 디지털 신호를 사용하기 때문에 아날로그 방식에 비해 높은 정확도로 고장을 감지할 수 있습니다.
• 원격 감시 및 제어: 통신망을 통해 원격으로 시스템을 감시하고 제어할 수 있습니다.
• 다양한 보호 기능: 과전류, 지락, 단락 등 다양한 고장 종류를 감지하고 보호할 수 있습니다.
• 내잡음성: 디지털 통신 방식은 아날로그 방식에 비해 외부 잡음에 강합니다.

단점

• 초기 설치 비용: 디지털 통신 시스템 구축에 따른 초기 설치 비용이 높습니다.
• 시스템 복잡도: 아날로그 방식에 비해 시스템 구성이 복잡하여 유지보수가 어려울 수 있습니다.
• 통신 장애 발생 가능성: 통신망에 문제가 발생하면 보호 기능이 저하될 수 있습니다.

결론

PCM 반송전류 차동계전방식은 기존의 아날로그 방식에 비해 고속, 고정밀도, 다기능 등 많은 장점을 가지고 있으며, 최근 변전소 보호 시스템에서 많이 사용되는 방식입니다. 하지만 초기 설치 비용이 높고 시스템이 복잡하다는 단점도 가지고 있으므로, 시스템의 규모와 중요도를 고려하여 적절한 보호 방식을 선택해야 합니다.

변압기 여자돌입전류란?

변압기를 전원에 처음 연결하거나, 또는 무부하 상태에서 재투입할 때 흐르는 순간적인 과도 전류를 여자돌입전류라고 합니다. 이 전류는 정상적인 운전 상태에서 흐르는 전류보다 훨씬 크며, 주로 변압기의 철심 자화에 의해 발생합니다.

발생 메커니즘

• 철심 자화: 변압기의 철심은 자기 회로를 형성하며, 코일의 전류에 의해 자화됩니다. 전원을 처음 연결하는 순간, 철심은 잔류 자기의 영향으로 초기에는 큰 자기 저항을 나타내므로 많은 전류가 흘러 철심을 포화시키려고 합니다.
• 고조파 성분: 여자돌입전류는 기본파뿐만 아니라 고조파 성분을 많이 포함하고 있습니다. 특히, 2차 고조파 성분이 강하게 나타나는데, 이는 철심의 비선형 특성에 의해 발생합니다.
• 감쇠: 철심이 포화되면서 자기 저항이 감소하고, 전류는 점차 감소하여 정상 상태에 도달합니다.

여자돌입전류의 영향

• 계통 안정도 저하: 큰 전류가 짧은 시간 동안 흐르므로 계통 전압이 순간적으로 급락할 수 있습니다.
• 보호 계전기 오동작: 과전류 보호 계전기가 오동작하여 정상적인 시스템을 정지시킬 수 있습니다.
• 변압기 절연 열화: 큰 전류가 흐르면 변압기 내부 온도가 상승하여 절연 수명이 단축될 수 있습니다.

여자돌입전류 방지 대책

자동 재폐로기 설정: 변압기가 오동작으로 차단된 경우, 일정 시간 후 자동으로 재폐로하여 시스템의 안정성을 확보합니다.

저항 삽입: 변압기 투입 시 일시적으로 저항을 삽입하여 초기 돌입 전류를 제한하는 방법입니다.

고조파 억제: 고조파 필터를 설치하여 2차 고조파 성분을 억제하는 방법입니다.

비율차동계전기 설정: 비율차동계전기의 시간 지연 특성을 조정하여 여자돌입전류에 의한 오동작을 방지합니다.

무부하탭 사용: 변압기의 무부하탭을 이용하여 초기 전압을 낮추어 돌입 전류를 줄이는 방법입니다.

이행전압이란?

변압기 이행전압이란 변압기의 1차측에 가해진 서지(Surge)가 정전적 혹은 전자적으로 2차측으로 이행하는 전압을 말합니다. 쉽게 말해, 변압기의 한쪽 측에 발생한 과도한 전압이 다른 쪽으로 옮겨가는 현상이라고 생각하면 됩니다.

이행전압 발생 원인

• 낙뢰: 낙뢰는 가장 일반적인 서지 발생 원인입니다. 낙뢰가 변압기 근처에 떨어지면 강력한 전자기 유도 작용으로 인해 변압기에 서지가 발생하고, 이 서지가 변압기를 통해 다른 회로로 전파됩니다.
• 차단기 개폐: 차단기 개폐 시 발생하는 아크에 의해 서지가 발생할 수 있습니다.
• 스위칭 현상: 전력 시스템 내에서 스위칭 현상이 발생할 때 서지가 발생할 수 있습니다.

이행전압의 종류

• 정전 유도 이행 전압: 변압기의 각 권선과 대지 사이의 정전 용량으로 인해 발생하는 이행 전압입니다. 권선비에 비례하여 발생하며, 부하 임피던스가 클수록 커집니다.
• 전자 유도 이행 전압: 변압기의 1차측에 유도된 전압이 자기 유도 작용에 의해 2차측으로 전달되는 이행 전압입니다.

이행전압의 영향

• 변압기 절연 파괴: 과도한 이행 전압은 변압기의 절연을 파괴하여 고장을 유발할 수 있습니다.
• 2차측 기기 손상: 이행 전압은 2차측에 연결된 기기의 절연을 파괴하여 손상을 입힐 수 있습니다.
• 계통 불안정: 이행 전압은 계통의 안정성을 저해하고, 다른 기기의 오동작을 유발할 수 있습니다.

이행전압 대책

변압기 보호 계전기 설정: 변압기 보호 계전기를 적절하게 설정하여 이행 전압으로 인한 오동작을 방지합니다.

피뢰기 설치: 변압기 근처에 피뢰기를 설치하여 낙뢰로 인한 서지를 흡수합니다.

변압기 절연 강화: 변압기의 절연 수준을 높여 이행 전압에 대한 내성을 향상시킵니다.

변압기 중성점 접지: 변압기 중성점을 적절하게 접지하여 서지 전류를 흘려보냄으로써 이행 전압을 감소시킵니다.

노이즈 필터 설치: 노이즈 필터를 설치하여 고주파 성분의 서지를 억제합니다.

변압기의 철심이 가진 비선형적인 특성

• 철심의 비선형성: 변압기의 철심은 자기적인 특성을 가지고 있는데, 이 특성이 완전히 선형적이지 않다는 것이 가장 큰 원인입니다. 즉, 가해지는 자기장의 세기에 비례하여 자속밀도가 선형적으로 증가하지 않고, 특정 지점부터는 자속밀도의 증가율이 급격히 감소하는 포화 현상이 발생합니다.
• 히스테리시스 현상: 철심에 자기장을 가했다가 제거하면 자기장의 방향이 반대로 바뀌더라도 이전의 자화 상태를 완전히 잃지 않고 약간의 자기력이 남아있는 현상을 히스테리시스 현상이라고 합니다. 이 현상 또한 철심의 비선형성을 증가시키는 요인입니다.

결론적으로, 철심의 비선형적인 특성 때문에 변압기에 정현파 전압을 가해도 철심에 유도되는 자속은 정현파가 되지 않고, 이에 따라 흐르는 여자전류 역시 정현파가 아닌 비정현파가 됩니다.

비정현파 여자전류의 영향

• 고조파 발생: 비정현파 여자전류는 기본파 성분 외에 다양한 고조파 성분을 포함하고 있습니다. 이러한 고조파 성분은 전력 시스템의 손실을 증가시키고, 통신 장애를 유발하며, 다른 전기 기기의 오동작을 야기할 수 있습니다.
• 자기 포화: 과도한 여자전류는 철심을 포화시켜 변압기의 효율을 저하시키고, 수명을 단축시킬 수 있습니다.
• 손실 증가: 히스테리시스 손실과 와전류 손실 등이 증가하여 변압기의 효율이 낮아집니다.

개선 방안

• 철심 재료: 고품질의 철심 재료를 사용하여 히스테리시스 손실을 줄일 수 있습니다.
• 코어 구조: 적절한 코어 구조를 설계하여 누설 자속을 줄이고 효율을 향상시킬 수 있습니다.
• 고조파 필터: 고조파 필터를 설치하여 고조파 성분을 제거할 수 있습니다.
• 델타 결선: 3상 변압기의 2차측을 델타 결선으로 연결하면 3차 고조파 전류가 델타 내부에서 순환하여 외부로 유출되지 않도록 할 수 있습니다.

요약

변압기 여자전류가 비정현파인 이유는 철심의 비선형적인 특성 때문입니다. 이는 히스테리시스 현상과 포화 현상에 의해 발생하며, 고조파 발생, 자기 포화, 손실 증가 등의 문제를 야기할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 개선 방안이 적용되고 있습니다.

변압기 소음 발생 원인

1. 자기력에 의한 진동:
   • 철심 진동: 교류 자기장의 변화에 따라 철심이 진동하면서 소음이 발생합니다. 특히, 철심의 결함이나 불균일한 자기장 분포는 진동을 증폭시켜 소음을 더욱 크게 만듭니다.
   • 권선 진동: 자기력에 의해 권선이 진동하면서 소음이 발생합니다. 권선의 고정 상태가 불안정하거나 권선 사이의 간격이 불균일할 경우 진동이 더욱 심하게 발생합니다.
2. 전자력에 의한 진동:
   • 만유인력: 코일 내 흐르는 전류에 의해 발생하는 만유인력이 코일을 진동시켜 소음을 발생시킵니다.
3. 기계적 진동:
   • 냉각유 펌프: 냉각유 순환을 위한 펌프의 진동이 탱크를 통해 전달되어 소음을 발생시킵니다.
   • 부품의 이완: 변압기 내부 부품의 이완이나 마찰이 소음을 발생시킬 수 있습니다.

변압기 소음 저감 대책

진동 댐퍼 설치: 변압기와 지지대 사이에 진동 댐퍼를 설치하여 진동 전달을 차단합니다.

설계 단계에서의 고려:

철심 재료: 고품질의 규소강판을 사용하여 자기 특성을 향상시키고, 히스테리시스 손실을 줄여 진동을 감소시킵니다.

코어 구조: 코어 구조를 최적화하여 자기 누설을 줄이고, 진동을 감소시킵니다.

권선 설계: 권선의 배치와 고정 방식을 개선하여 진동을 줄입니다.

냉각 방식: 냉각 방식을 개선하여 소음 발생을 줄일 수 있습니다.

제작 단계에서의 주의:

정밀한 가공: 부품의 정밀한 가공을 통해 진동을 줄입니다.

균일한 조립: 부품 조립 시 균일한 힘을 가하여 이완을 방지합니다.

운전 조건 관리:

과부하 방지: 과부하 운전은 변압기 온도 상승을 유발하여 부품의 열팽창으로 인한 진동을 증가시킬 수 있으므로, 정격 용량 내에서 운전해야 합니다.

정기적인 점검: 정기적인 점검을 통해 부품의 이상 유무를 확인하고, 필요한 경우 교체하여 소음 발생을 방지합니다.

외부적인 방음 대책:

방음벽 설치: 변압기 주변에 방음벽을 설치하여 소음 전파를 차단합니다.

흡음재 사용: 변압기 외부에 흡음재를 부착하여 소음을 흡수합니다.

1. 절연 파괴

• 원인:
  • 과도한 전압: 낙뢰, 스위칭 서지 등으로 인해 변압기 내부에 과도한 전압이 발생하여 절연이 파괴될 수 있습니다.
  • 열화: 장기간 운전으로 인한 절연재료의 열화, 수분 침투, 오염 등이 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
  • 기계적 손상: 외부 충격이나 진동으로 인해 절연이 손상될 수 있습니다.
• 현상:
  • 국부적인 방전 소음
  • 절연유 분해 가스 발생
  • 과열
  • 지락 고장
  • 폭발

2. 과열

• 원인:
  • 과부하 운전: 정격 용량을 초과하여 운전하면 동손과 철손이 증가하여 과열이 발생합니다.
  • 냉각 시스템 고장: 냉각유 순환 불량이나 냉각기 고장으로 인해 열 방출이 제한되어 과열이 발생합니다.
  • 단락 고장: 단락 고장 시 발생하는 큰 전류로 인해 국부적인 과열이 발생하여 절연이 파괴될 수 있습니다.
• 현상:
  • 절연유 온도 상승
  • 권선 온도 상승
  • 절연물 열화
  • 변색
  • 냄새

3. 기계적 고장

• 원인:
  • 진동: 운전 중 발생하는 진동으로 인해 부품이 이완되거나 파손될 수 있습니다.
  • 외부 충격: 외부 충격으로 인해 변압기 탱크나 부품이 손상될 수 있습니다.
  • 제작 불량: 제작 과정에서 발생한 불량으로 인해 기계적 고장이 발생할 수 있습니다.
• 현상:
  • 소음 증가
  • 진동 증가
  • 누유
  • 부품 파손

4. 부분 방전

• 원인:
  • 절연체 표면의 오염, 균열, 공동 등으로 인해 국부적인 방전이 발생합니다.
  • 절연유의 열화, 수분 침투 등으로 인해 절연 강도가 저하되어 부분 방전이 발생할 수 있습니다.
• 현상:
  • 특징적인 부분 방전 소음
  • 코로나 방전 빛
  • 오존 발생
  • 절연 열화 가속화

5. 기타 고장

• 절연유의 열화: 산화, 수분 침투, 슬러지 생성 등으로 인해 절연유의 절연 성능이 저하되어 고장을 유발할 수 있습니다.
• 외부 요인: 낙뢰, 지진, 화재 등 외부 요인에 의해 변압기가 손상될 수 있습니다.

변압기 고장 진단 방법

• 유전체 손실 측정: 유전체 손실을 측정하여 절연 열화 정도를 평가합니다.
• 유중 가스 분석: 절연유에 용해된 가스 성분을 분석하여 고장의 종류와 위치를 진단합니다.
• 초음파 검사: 부분 방전이나 기계적 결함에 의한 소리를 측정하여 고장을 진단합니다.
• 온라인 모니터링: 변압기의 온도, 진동, 부분 방전 등을 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지합니다.
• 절연 저항 측정: 절연 저항을 측정하여 절연 상태를 평가합니다.
• 외부 점검: 변압기 외부의 상태를 점검하여 누유, 변색, 부품 이완 등을 확인합니다.
• 보호 계전기 동작 기록 분석: 보호 계전기의 동작 기록을 분석하여 과거 고장 이력을 파악하고, 고장 발생 가능성을 예측합니다.

변압기 고장예방

• 정기적인 점검: 위에서 언급한 점검 방법을 주기적으로 수행하여 고장을 조기에 발견하고 예방합니다.
• 과부하 방지: 변압기를 정격 용량 내에서 운전하여 과열을 방지합니다.
• 냉각 시스템 관리: 냉각유 순환을 원활하게 유지하고, 냉각기의 성능을 유지합니다.
• 절연유 관리: 주기적으로 절연유를 교체하고, 오염도를 관리합니다.
• 외부 환경 관리: 낙뢰, 지진 등 외부 요인으로부터 변압기를 보호하기 위한 조치를 취합니다.
• 보호 계전기 설정: 보호 계전기를 정확하게 설정하여 고장 발생 시 신속하게 차단합니다.

온라인 진단 시스템이란?

온라운 진단 시스템은 변전설비의 상태를 실시간 또는 주기적으로 감시하고, 이상 징후를 조기에 발견하여 고장을 예방하기 위한 시스템입니다. 기존의 정기적인 오프라인 점검 방식과 달리, 온라인으로 지속적인 모니터링이 가능하여 변전설비의 신뢰도를 향상시키고, 예기치 못한 정전을 방지하는 데 기여합니다.

온라인 진단 시스템의 주요 기능

• 온라인 감시진단
  • 초고압 GIS/TR 및 배전급 설비 등 각 저력 설비에 대한 실시간 상태 감시
  • 진단 항목별 상세 정보제공
  • 실시간 상태 전보 및 이상유무 이벤트 알람 표시

• 운전자 편의 지원
  • 감시화면 편집 및 통신장치 온라인 설정
  • 필터링 기능을 이용한 이력 조회
  • 엑셀 기반의 다양한 보고서 작성

• 예방진단 분석
  • 뉴트럴 네트워크 알고리즘 기반의 PD진단
  • 다채널 비교 및 실시간 트랜드를 이용한 PD분석 진단
  • 상별 온도차 및 온도 변화량에 따른 배전반 건전성 진단

온라인 진단 시스템의 구성 요소

• 센서: 변압기의 온도, 진동, 소음, 부분방전 등을 측정하는 다양한 센서로 구성됩니다.
• 데이터 수집 장치(DAU): 센서에서 수집된 데이터를 중앙 서버로 전송하는 장치입니다.
• 중앙 서버: 수집된 데이터를 저장하고 분석하며, 경보를 발송하는 역할을 합니다.
• 데이터 분석 소프트웨어(HMI): 수집된 데이터를 분석하고, 고장 예측 모델을 구축하는 소프트웨어입니다.
• 사용자 인터페이스: 운영자가 시스템을 쉽게 사용하고, 진단 결과를 확인할 수 있도록 하는 인터페이스입니다.

온라인 진단 시스템의 장점

• 조기 고장 예측: 고장 발생 전에 이상 징후를 감지하여 사전에 대처할 수 있습니다.
• 유지보수 비용 절감: 예방 정비를 통해 불필요한 고장을 방지하고, 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 설비 가용성 향상: 설비의 가동률을 높이고, 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있습니다.
• 운영 효율성 향상: 운영 데이터를 분석하여 운영 효율을 높일 수 있습니다.

온라인 진단 시스템의 적용 분야

• 변압기: 온도, 진동, 부분방전, 절연 저항 등을 모니터링하여 열화 상태를 진단합니다.
• 차단기: 접촉 저항, 운동 성능 등을 모니터링하여 고장 가능성을 예측합니다.
• 계측기: 정확도를 검증하고, 교정 주기를 예측합니다.
• 버스바: 온도, 진동 등을 모니터링하여 열화 상태를 진단합니다.

온라인 진단 시스템의 도입 시 고려 사항

유지보수: 시스템의 안정적인 운영을 위해 정기적인 유지보수가 필요합니다.

시스템 구성: 변전설비의 규모와 특성에 맞는 시스템을 구성해야 합니다.

데이터 분석 기술: 정확한 진단을 위해 고급 데이터 분석 기술이 필요합니다.

보안: 데이터 보안에 대한 충분한 고려가 필요합니다.

유동대전 현상이란?

유입변압기 내부에서 절연유가 순환하면서 절연체 표면과의 마찰이나 유동에 의해 전하가 분리되어 축적되는 현상을 유동대전 현상이라고 합니다. 이렇게 축적된 전하가 방전될 때 발생하는 에너지가 절연체를 손상시켜 변압기의 수명을 단축시키거나 심각한 경우에는 고장을 유발할 수 있습니다.

유동대전 현상 발생 원인

• 절연유의 순환: 변압기 내부에서 절연유가 펌프에 의해 순환하면서 절연체와의 마찰이 발생하고, 이 과정에서 전하가 분리됩니다.
• 절연체의 종류: 절연체의 종류에 따라 표면 전위가 다르게 발생하며, 특히 셀룰로오스 계열의 절연지는 유동대전 현상이 발생하기 쉽습니다.
• 절연유의 상태: 절연유의 온도, 수분 함량, 불순물 등이 유동대전 현상에 영향을 미칩니다.
• 변압기 구조: 변압기의 구조, 즉 절연체의 배치나 유로 형상에 따라 유동대전 현상이 발생하기 쉽거나 어려울 수 있습니다.

유동대전 현상의 영향

• 절연 파괴: 축적된 전하가 방전될 때 발생하는 에너지가 절연체를 손상시켜 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
• 부분 방전: 절연체 표면에 국부적인 방전을 발생시켜 절연 열화를 가속화시킵니다.
• 수명 단축: 유동대전 현상으로 인해 절연 수명이 단축되어 변압기의 교체 시기가 앞당겨질 수 있습니다.

유동대전 현상 방지 대책

첨가제 사용: 유동대전 방지 첨가제를 사용하여 절연유의 표면 전위를 감소시킵니다.

절연유 관리: 절연유의 순도를 유지하고, 정기적으로 교체하여 수분 함량과 불순물을 제거합니다.

절연체 선정: 유동대전 현상이 적은 절연체를 사용합니다.

변압기 설계 개선: 유로 형상을 개선하여 절연체와의 마찰을 줄이고, 전하 축적을 방지합니다.

접지: 변압기의 각 부분을 접지하여 전하가 축적되는 것을 방지합니다.

온도 관리: 절연유의 온도를 일정하게 유지하여 유동대전 현상을 억제합니다.

몰드 변압기 열화의 주요 원인

• 열적 스트레스:
  • 주변 온도 상승: 주변 온도가 높아지면 에폭시 수지의 열화 속도가 빨라집니다.
  • 발열: 변압기 내부에서 발생하는 발열은 에폭시 수지의 수명을 단축시킵니다.
• 전기적 스트레스:
  • 과전압: 과도한 전압은 에폭시 수지의 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
  • 부분 방전: 변압기 내부에 공기 방울이나 이물질이 존재할 경우 부분 방전이 발생하여 절연을 열화시킵니다.
• 기계적 스트레스:
  • 진동: 외부 충격이나 진동은 에폭시 수지의 균열을 발생시켜 절연 성능을 저하시킵니다.
• 환경적 요인:
  • 습기: 습기는 에폭시 수지의 흡수를 유발하여 절연 저하를 일으킵니다.
  • 오염: 먼지나 기타 오염 물질은 에폭시 수지 표면에 부착되어 절연 성능을 저하시킵니다.

몰드 변압기 열화의 특징

• 점진적인 열화: 몰드 변압기의 열화는 급격하게 진행되는 경우는 드물고, 대부분 점진적으로 진행됩니다.
• 가시적인 변화 부재: 초기 단계에서는 외부에서 보기에 특별한 이상 징후가 나타나지 않을 수 있습니다.
• 절연 저하: 열화가 진행됨에 따라 절연 저항이 감소하고 유전체 손실이 증가합니다.
• 부분 방전 발생: 열화가 진행되면 부분 방전이 발생할 가능성이 높아집니다.
• 수명 단축: 열화가 지속되면 변압기의 수명이 단축되고 고장 발생 확률이 높아집니다.

몰드 변압기 열화 진단 방법

• 절연 저항 측정: 절연 저항이 기준치 이하로 감소하면 열화가 진행되고 있음을 의미합니다.
• 유전체 손실 측정: 유전체 손실이 증가하면 절연 상태가 악화되었음을 나타냅니다.
• 부분 방전 측정: 부분 방전을 측정하여 열화 정도를 평가할 수 있습니다.
• 온라인 진단: 온라인 상태에서 변압기의 상태를 지속적으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지합니다.

몰드 변압기 수명 연장을 위한 관리

• 온라인 진단 시스템 도입: 온라인 진단 시스템을 도입하여 변압기의 상태를 지속적으로 모니터링하고 이상 징후를 조기에 감지해야 합니다.
• 정기적인 점검: 주기적인 점검을 통해 변압기의 상태를 확인하고 이상 징후를 조기에 발견해야 합니다.
• 온도 관리: 주변 온도를 낮추고 변압기 내부의 발열을 줄이기 위한 노력이 필요합니다.
• 청결 유지: 변압기 주변을 청결하게 유지하여 먼지나 오염 물질로 인한 절연 저하를 방지해야 합니다.
• 부분 방전 방지: 변압기 설계 시 부분 방전 발생을 최소화하기 위한 노력이 필요합니다.

부분방전이란?

• 절연체에 절연이 파괴되어 국부적으로 일어나는 방전현상
• 변압기 고체절연이 열화되거나 불순물, 수분이 혼입되어 임계치 이상이 되면 부분방전이 발생

부분방전 발생 원인

• 전기적 열화
  • 과전압, 서지, 부분방전, 줄열, 순환 시 마찰 정전기(절연유)
• 열적인 열화
  • 지락, 단락, 온도 상승, 외부열
• 기계적 열화
  • 진동, 충격,외상, 굴곡, 접착부 박리, 권선 체결력 저하, 철심 모서리 결손
• 환경적 열화
  • 직사광선, 염해, 결로
• 생물적 열화
  • 부싱의 절연파괴

부분방전의 위험성

• 절연 열화 가속화: 부분방전은 절연체를 더욱 빠르게 열화시켜 결국 변압기의 완전 파괴로 이어질 수 있습니다.
• 수명 단축: 부분방전은 변압기의 수명을 단축시키는 주요 원인 중 하나입니다.
• 화재 및 폭발 위험: 심각한 부분방전은 열을 발생시켜 화재나 폭발을 유발할 수 있습니다.

부분방전 시험

부분방전 시험은 변압기의 절연 상태를 평가하고, 미세한 부분방전을 조기에 감지하여 고장을 예방하기 위한 중요한 시험입니다.

시험 방법

• 전기적 방법: 부분방전에 의해 발생하는 미세한 전류 펄스를 측정하여 부분방전의 유무와 크기를 판단합니다.
• 음향학적 방법: 부분방전 시 발생하는 초음파를 측정하여 부분방전의 위치를 파악합니다.
• 가스 분석: 변압기 내부 절연유에 발생하는 가스를 분석하여 부분방전의 종류와 정도를 판단합니다.

시험 주기

• 신규 변압기: 제작 후 초기 시험
• 운전 중인 변압기: 정기적인 예방 정비 시 시행 (보통 1년에 한 번)

부분방전 시험의 중요성

전력 시스템 안정성 향상: 변압기 고장으로 인한 정전을 방지하고 전력 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

조기 고장 예측: 부분방전을 조기에 감지하여 변압기의 고장을 예측하고 사전에 대비할 수 있습니다.

설비 수명 연장: 정기적인 부분방전 시험을 통해 변압기의 수명을 연장할 수 있습니다.